led霓虹管！高效率绿光led灯珠研发成果

来源：行业资讯热门：直下式面板灯发布时间：2023-10-16

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　　近日国际研究团队揭示了导致一类准二维钙钛矿发光效率低的机理，进而提出了解决方案，开发出基于该类材料的高效率绿光led灯珠。

　　有机无机杂化钙钛矿因成本低、容易加工以及光电特性优异，受到了光电子研究领域的广泛关注，基于该类材料的led灯珠也极具潜力成为下一代照明和显示元件。其中，三维钙钛矿是由有机和无机组分在三维空间交替结合而成，二维钙钛矿是由两种组分交替形成的片层结构，而准二维钙钛矿则是两类钙钛矿的混合结构，即由大尺寸有机壳层包裹着不同尺寸的三维钙钛矿。由于准二维钙钛矿存在天然形成的量子阱结构，与传统的三维钙钛矿相比具有更大的激子结合能，从而更有利于发光。尽管一些准二维钙钛矿led灯珠已达到较高电光转换效率，但当采用不同有机组分时，一些绿光器件的效率很低的原因仍然未知。在该研究工作中，研究者通过国际合作获得的大量相关实验数据对该问题做出了回答。论文第一作者兼共同通讯联系人秦川江说：“目前多数研究者认为这类钙钛矿表现出更多传统无机半导体的特性，然而我们证明了准二维钙钛矿具有很多有机半导体的属性，因此需要考虑到具有不同能量的激子行为。”

　　与典型的无机半导体不同，有机半导体在电致发光过程中首先形成激子态而后弛豫发光。由于电子的自旋特性，将会形成单线态和三线态两种不同性质的激子。尽管调控单线态和三线态激子是设计和开发高效有机led灯珠的基础，但在钙钛矿led灯珠的研究中却仍未被考虑。在该研究中，研究者比较了两类具有相似晶体性质，但含有不同有机组分的钙钛矿发光材料，发现其中一类钙钛矿材料中的三线态激子消失了。通过分析，这类钙钛矿中采用了具有低三线态能级的有机组分，其发光性能差的原因应是三线态激子转移至能量较低的有机部分，造成非辐射能量损失。而当采用具有高三线态能级的有机组分时，三线态激子会保留在钙钛矿发光主体中，从而获得高的发光效率。此外，研究者进一步发现在特定的准二维钙钛矿中，暗态三线态激子也能够上转换为辐射发光的单线态激子，使得在准二维钙钛矿器件中实现全部激子利用成为可能。

紫外灯照射下强烈发光的钙钛矿薄膜;右图：外加偏压测试中发光的钙钛矿器件

　　基于上述发现，研究团队通过选择合适的有机组分，制备了能够高效俘获三线态激子的准二维钙钛矿led灯珠，获得了12.4%的电光转换效率。“我们不仅解释了之前观察到的实验现象，一些新发现也为开发高效钙钛矿光电器件，如led灯珠、激光和太阳能电池等提供了指引。”领导该研究的安达千波矢说。